Հիդրավլիկ ուժերի հասկացումը պոմպերում
Հիդրավլիկ ուժեր հոսող հեղուկի կողմից պոմպի բաղադրիչների վրա ազդող ուժերն են. ճնշումից առաջացող բեռնվածքներ աշխատանքային անիվի թիակների վրա, առանցքային շարժիչ ուժ՝ աշխատանքային անիվի վրա ճնշման տարբերությունից, շառավղային ուժեր՝ ճնշման ասիմետրիկ բաշխումից և պուլսացնող ուժեր՝ հոսքի շրջանառություն և թիակ-վոլյուտ փոխազդեցությունից։ Նրանք հիմնարար տարբերություն ունեն մեխանիկական ուժերից, որոնք առաջանում են անհավասարակշռություն կամ առանցքների շեղվածություն, քանի որ նրանք առաջանում են հեղուկի ճնշումից և իմպուլսի փոփոխություններից, այլ ոչ թե պտտվող զանգվածից — և սպեկտրում դրանք դրսևորվում են որպես թիակների անցման հաճախություն և դրա հարակից հարմոնիկներ։ Դրանց հասկացումը կարևոր է պոմպի հուսալիության համար. հիդրավլիկ ուժերը ստեղծում են առանցքակալի բեռնվածքներ, լիսեռի ծռում և տատանում , որոնք փոխվում են աշխատանքային պայմանների հետ — հոսքի արագություն, ճնշում և հեղուկի հատկություններ — ինչը պոմպին դարձնում է շատ տարբեր մեքենաներից, որոնց ուժերը միայն մեխանիկական են։
1. Սահմանում. Ի՞նչ են հիդրավլիկ ուժերը
Իդեալական պոմպում հեղուկը հավասարաչափ կզգա աշխատանքային անիվի և իրանի յուրաքանչյուր մասի վրա, և լիսեռի վրա ազդող միակ ուժերը կլինեին մեխանիկական։ Իրականությունն ավելի բարդ է։ Ելքում ճնշումն ավելի բարձր է, քան ներծծման, այն անհավասարաչափ է բաշխված աշխատանքային անիվի շրջանագծի շուրջ և պուլսացնում է յուրաքանչյուր անգամ, երբ թիակը անցնում է իրանի լեզվի կողքով։ Այդ ազդեցությունների գումարը կայուն, դանդաղ փոփոխվող և արագ պուլսացնող բեռնվածքների հավաքածու է, որոնք ազդում են ռոտորի և կառուցվածքի վրա։ Կարևոր է, որ դրանց մեծությունը կախված է որտեղ պոմպը աշխատում է իր կորի վրա — փաստ, որը տալիս է դիագնոստիկ ինժեներին հզոր լծակ, քանի որ հոսքի փոփոխությունը փոխում է ուժերը։
2. Հիդրավլիկ ուժերի տեսակներ
2.1 Առանցքային շարժիչ ուժ (հիդրավլիկ շարժիչ ուժ)
Աշխատանքային անիվի վրա ճնշման տարբերությունից առաջացած զուտ առանցքային ուժ.
- Մեխանիզմ: ելքի ճնշումը ազդում է աշխատանքային անիվի մի կողմի վրա, ներծծման ճնշումը՝ մյուսի վրա։
- Ուղղություն՝ սովորաբար դեպի ներծծում (աշխատանքային անիվի հետևի մաս)։
- Մեծություն: կարող է հասնել հազարավոր ֆունտ ուժի նույնիսկ միջին չափսի պոմպերում։
- Ազդեցություն: բեռնում է առանցքակալ (առանցքային) և կարող է առաջացնել առանցքային թրթռում.
- Փոխվում է. հոսքի արագություն, ճնշում և աշխատանքային անիվի դիզայն։
Շարժիչ ուժի հավասարակշռման մեթոդներ
- Հավասարակշռման անցքեր. անցքեր աշխատանքային անիվի ծածկի միջով, որոնք հավասարեցնում են ճնշումը դրա վրա։
- Հետևի թիակներ. հետևի ծածկի վրա գտնվող թիակներ, որոնք հեղուկը դուրս են մղում՝ նվազեցնելու հետևի կողմի ճնշումը։
- Կրկնակի ներծծման աշխատանքային անիվներ. սիմետրիկ դիզայն, որտեղ երկու կողմերը չեզոքացնում են միմյանց շարժիչ ուժը։
- Հակադիր աշխատանքային անիվներ. բազմաստիճան պոմպեր, որոնք դասավորված են աշխատանքային անիվներով հակադիր ուղղություններով։
2.2 Շառավղային ուժեր
Անկողմնային ուժեր, որոնք առաջանում են աշխատանքային անիվի շուրջ ճնշման ասիմետրիկ բաշխումից.
Ամենաբարձր արդյունավետության կետում (BEP)
- Ճնշման բաշխումը համեմատաբար սիմետրիկ է աշխատանքային անիվի շուրջ։
- Շառավղային ուժերը հավասարակշռված են և մեծ մասամբ չեզոքացնում։
- Զուտ շառավղային ուժը նվազագույն է։
- Սա ամենացածր տատանումների պայմանն է։
BEP-ից դուրս — ցածր հոսք
- Վոլյուտում ճնշման բաշխումը դառնում է ասիմետրիկ։
- Զուտ շառավղային ուժ է զարգանում դեպի վոլյուտի լեզու (կտուց)։
- Դրա մեծությունը մեծանում է, երբ հոսքը նվազում է։
- Այն կարող է հասնել աշխատանքային անիվի քաշի 20–40%-ին փակ դիրքում։
- Պտտվող շառավղային ուժը դրսևորվում է որպես 1× տատանում։
BEP-ից դուրս — բարձր հոսք
- Զարգանում է ասիմետրիայի տարբեր նախշ։
- Ռադիալ ուժը ներկա է, սակայն սովորաբար ավելի փոքր է, քան ցածր ծավալաշարժման դեպքում։
- Հոսքի թրթռումը ավելացնում է պատահական ուժային բաղադրիչներ։
2.3 Լեզվակների անցման պուլսացիաներ
Պարբերաբար ճնշման իմպուլսներ, որոնք առաջանում են, երբ յուրաքանչյուր լեզվակ անցնում է կտրիչ եզրի (cutwater) կողքով.
- Հաճախություն լեզվակների քանակ × RPM / 60։
- Մեխանիզմ: լեզվակի յուրաքանչյուր անցումը լեզվակի (tongue) կողքով առաջացնում է ճնշման իմպուլս։
- Ուժեր՝ ազդում են աշխատանքային անիվի, վոլյուտայի և իրանի վրա։
- Թրթռում: գերիշխող են լեզվակի անցման հաճախության դեպքում։
- Մեծություն: կախված է կտրիչ եզրի բացակից, աշխատանքային կետից և դիզայնից։
2.4 Վերաշրջանառության ուժեր
- Ցածր հաճախականության, անկայուն ուժեր՝ հոսքի անկայունություններից։
- Տեղի են ունենում շատ ցածր և երբեմն շատ բարձր ծավալաշարժման դեպքում։
- Հաճախականությունները սովորաբար 0.2–0.8× աշխատանքային պտտաթիվ, սուբսինխրոն շրջանակում։
- Կարող են առաջացնել ծանր ցածր հաճախականության տատանումներ։
- ԱՄ-ից (BEP) հեռու աշխատանքի հստակ նշան՝ տես վերաշրջանառություն.
3. Ազդեցությունը պոմպի աշխատանքի վրա
Առանցքակալի բեռնվածք
- Հիդրավլիկ ռադիալ ուժերը ավելանում են առանցքակալների վրա մեխանիկական բեռնվածքներին։
- Փոփոխական ուժերը ստեղծում են ցիկլային բեռնվածք։
- Բեռնվածքը ամենամեծն է ցածր ծավալաշարժման պայմաններում։
- Առանցքակալի ընտրության ժամանակ պետք է հաշվի առնել հիդրավլիկ բաղադրիչը։
- Առանցքակալի ծառայության ժամկետը կտրուկ նվազում է բեռնվածքի աճի հետ (ծառայության ժամկետը համեմատական է 1/բեռնվածք³-ին), ուստի միջին L10 առանցքակալի ծառայության ժամկետի հաշվարկը կարող է ցույց տալ, թե որքանով է ցածր ծավալաշարժման ռադիալ ուժը կրճատում ծառայության ժամկետը։
Լիսեռի ծռվածք
- Ռադիալ ուժերը ծռում են լիսեռը։
- Սա փոխում է խտանյութերի բացակները և մաշվածքային օղակների նստեցումները։
- Սա կարող է նվազեցնել արդյունավետությունը։
- Եզրային դեպքերում դա հանգեցնում է շփման.
Տատանումների առաջացում
- 1× բաղադրիչ. կայուն կամ դանդաղ փոփոխվող ռադիալ ուժից։
- VPF բաղադրիչ. ճնշման պուլսացիաներից։
- Ցածր հաճախականություն. վերաշրջանառությունից և այլ անկայունություններից։
- Աշխատանքային կետից կախված. ամբողջ պատկերը փոխվում է ծավալաշարժման հետ։
Մեխանիկական լարվածություն
- Ցիկլային ուժերը ստեղծում են նյութի հոգնածություն բեռնվածք։
- Աշխատանքային անիվի լեզվակները լարվածության մեջ են ճնշման տարբերություններից։
- Լիսեռը ենթարկվում է հոգնածության՝ ծռման մոմենտներից։
- Իրանը լարվածության մեջ է ճնշման պուլսացիաներից։
4. Հիդրավլիկ ուժերի նվազեցում
Աշխատել ԱՄ-ի (BEP) մոտ
- Հիդրավլիկ ուժերը նվազեցնելու ամենաարդյունավետ ռազմավարությունը։
- Հնարավորության դեպքում փորձեք աշխատել ԱՄ-ի (BEP) ծավալաշարժման 80–110%-ի սահմաններում։
- Ռադիալ ուժերը նվազագույնն են ԱՄ-ում (BEP)։
- Տատանումները և առանցքակալների բեռնվածքները նվազագույնի են հասցվում միասին։
Կառուցվածքային առանձնահատկություններ
- Դիֆուզորային պոմպեր. ավելի համաչափ ճնշման բաշխում, քան մեկ վոլյուտային.
- Կրկնակի վոլյուտ. երկու կտուցներ՝ 180° հեռավորության վրա, որոնք հավասարակշռում են ռադիալ ուժերը.
- Բացքերի մեծացում. նվազեցնում են անիվի թիակների անցման ճնշման իմպուլսները (արդյունավետության որոշակի կորստի արժեքով).
- Թիակների քանակի ընտրություն. ընտրվում է՝ խուսափելու ձայնային ռեզոնանսներից.
Համակարգի նախագծում
- Ապահովել նվազագույն ծախսի ռեցիռկուլյացիայի պաշտպանություն հիմնական բեռնվածքի պոմպերի համար.
- Ճիշտ չափի պոմպ ընտրել իրական աշխատանքային ռեժիմի համար և խուսափել չափազանց մեծ չափսերից.
- Օգտագործել փոփոխական պտտաթվի շարժիչ՝ օպտիմալ աշխատանքային կետը պահպանելու համար.
- Նախագծել մուտքը՝ նախապտույտը և թրթռումը նվազագույնի հասցնելու համար.
5. Դիագնոստիկ կիրառում
Աշխատանքային բնութագրեր և հիդրավլիկ ուժեր
- Կառուցել տատանումների և ծախսի կախվածության գրաֆիկ.
- Նվազագույն տատանումները սովորաբար լինում են BEP-ի մոտ կամ BEP-ում.
- Տատանումների աճը ցածր ծախսի դեպքում ազդանշան է բարձր ռադիալ ուժերի մասին.
- Գրաֆիկը օգնում է որոշել ընդունելի աշխատանքային միջակայք.
VPF վերլուծություն
- VPF-ի ամպլիտուդը ցույց է տալիս հիդրավլիկ թրթռման ուժգնությունը.
- VPF-ի աճը վկայում է բացքերի վատթարացման կամ աշխատանքային կետի շեղման մասին.
- VPF հարմոնիկներ ուղղորդված են թրթռուն, խաթարված հոսքին.
Այս հիդրավլիկ նշանները մեխանիկականներից առանձնացնելը պոմպի դիագնոստիկայի էությունն է, և հենց այստեղ է, որ կիրառական վերլուծիչը ապացուցում է իր արժեքը տեղում. Դա Balanset-1A բացահայտում է տատանումների սպեկտր առանցքակալի իրանների վրա և առանձնացնում է 1×, VPF և ցածր հաճախականության բաղադրիչները, որպեսզի ինժեները կարողանա որոշել, թե արդյոք բարձր ցուցանիշը պահանջում է տեղում բալանսավորում (մեխանիկական լուծում) թե աշխատանքային կետի փոփոխություն (հիդրավլիկ լուծում) — և եթե դիագնոստիկան ցույց է տալիս անհավասարակշռություն, բալանսավորել ռոտորը և տեղում ստուգել արդյունքը.
6. Չափման առանձնահատկություններ
Տատանումների չափման վայրեր
- Առանցքակալի իրաններ. հայտնաբերում են մեխանիկական և հիդրավլիկ ուժերի համադրությունը.
- Պոմպի իրան. ավելի զգայուն է հիդրավլիկ թրթռումների նկատմամբ.
- Սուպորի և դիսչարժի խողովակներ. փոխանցում են ճնշման թրթռումները.
- Բազմաթիվ վայրեր. նրանց համեմատությունը օգնում է տարբերակել հիդրավլիկ և մեխանիկական աղբյուրները.
Ճնշման թրթռումների չափում
- Տեղադրել ճնշման տրանսդյուսերներ սուպորի և դիսչարժի մասերում.
- Դրանք ուղղակիորեն չափում են հիդրավլիկ թրթռումները.
- Կոռելյացնել թրթռումների տվյալները տատանումների հետ.
- Օգտագործել համադրությունը՝ ձայնային ռեզոնանսները նույնականացնելու համար.
Հիդրավլիկ ուժերը հիմնարար են պոմպի աշխատանքի համար և նրա տատանումների ու բեռնվածքի հիմնական աղբյուրը. Հասկանալ, թե ինչպես են այդ ուժերը փոխվում աշխատանքային պայմաններից, ճանաչել դրանց նշանները տատանումների սպեկտրում և նախագծել ու շահագործել պոմպերը՝ ուժերը ցածր պահելու համար (հիմնականում՝ BEP-ի մոտ աշխատելով), անհրաժեշտ է արդյունաբերական ծառայության մեջ հուսալի, երկարակյաց պոմպերի աշխատանքն ապահովելու համար. Ավելի խորը վերլուծության համար, տես սենտրիֆուգային պոմպի դեֆեկտներ և աշխատանքային անիվի դեֆեկտներ.
